電網(wǎng)受干擾時VIENNA整流器同步與控制方法的研究.pdf

1、現(xiàn)代電網(wǎng)中入網(wǎng)電力電子設備數(shù)量以及單體功率大幅增加,這些設備的非線性、沖擊性、和不平衡性將會導致電網(wǎng)中的電壓波形與電流波形發(fā)生畸變,甚至引入各種類型的電網(wǎng)故障。電力電子變流器,作為負載或發(fā)電設備與現(xiàn)代電網(wǎng)的接口,提升其在電網(wǎng)正常以及受干擾工況下的性能對改善入網(wǎng)設備的工作環(huán)境和電網(wǎng)電能質(zhì)量都有著非常重大的意義,并已成為當前研究的一個熱點。與傳統(tǒng)的整流拓撲相比,VIENNA整流拓撲因具有相對簡單的功率與控制電路、良好的輸入輸出諧波性能和較低

2、的功率管電壓應力等優(yōu)點而在工業(yè)變頻器、不問斷電源、有源電力濾波器和新興的混合動力車充電站等領(lǐng)域得到越來越多的應用。以VIENNA整流拓撲為研究對象,本文在總結(jié)現(xiàn)有電網(wǎng)同步方法、VIENNA整流拓撲控制方法的基礎上,著重研究了新型的電網(wǎng)受干擾時的同步方法、VIENNA整流拓撲正常工況時的控制實現(xiàn)與性能提升、以及電網(wǎng)受干擾時VIENNA拓撲的新型控制方案等關(guān)鍵性問題。論文內(nèi)容如下:
　　 1.本文對單相、三相電網(wǎng)同步方法進行了研究。

3、首先通過對單相、三相電網(wǎng)電壓信號進行數(shù)學建模和介紹梯度下降法逼近輸入信號的原理,從全新的角度系統(tǒng)性地論述和評價現(xiàn)有的單相、三相電網(wǎng)的電網(wǎng)同步技術(shù)。緊接著本文提出了一種基于正、負序解耦的電網(wǎng)受干擾時的直接解耦同步法(Direct Decoupled Synchronization Method,DDSM)。該方法利用現(xiàn)有的一些單相鎖相環(huán)模塊對αβ軸電壓分量uα、uβ中的基波正負序分量進行直接解耦,得到了三相電壓的正負序基波分量。對于電網(wǎng)存

4、在較嚴重低次諧波的情況,通過對直接解耦方法進行擴展提出了擴展直接解耦法(Expanded DDSM,EDDSM)。直接解耦同步法可有效處理正負序頻率不同時的情況,且可以直接從計算模塊中獲得正負序的幅值、相位、頻率等參數(shù)。本文另外還提出了一種新型的能夠產(chǎn)生與輸入正弦信號同相位波形和正交波形的正交信號發(fā)生器(In-phase／Quadrature-phase Waveforms Generator,IQWG)。通過共用加強型鎖相環(huán)(Enha

5、nced Phase Locked Loop,EPLL)模塊的參數(shù)sin()、cos(),對基于EPLL的雙加強型鎖相環(huán)法(Dual EPLL,DEPLL)和DDSM模塊圖進行了有效簡化,得到的雙加強型鎖相環(huán)一正交信號發(fā)生器法(DEPLL-IQWG)和直接解耦-正交信號發(fā)生器法(DDSM-IQWG)具有良好的靜態(tài)和動態(tài)性能。
　　 2.本文對正常工況時VIENNA拓撲的控制方法實現(xiàn)與性能提升進行了研究。本文對三相平衡電網(wǎng)中VIE

6、NNA整流拓撲abc自然坐標系控制方法的電壓外環(huán)、電流環(huán)、中點平衡環(huán)進行了設計和實現(xiàn),并針對VIENNA整流拓撲的開關(guān)特性給出了幾種新型的PWM產(chǎn)生器結(jié)構(gòu)。另外,本文還設計實現(xiàn)了正常工況時VIENNA整流拓撲dq同步參考坐標系的控制方法.針對VIENNA拓撲空間矢量調(diào)制技術(shù)的特殊性,設計了一種非常便于控制實現(xiàn)的矢量調(diào)制方法和基于對冗余開關(guān)組合持續(xù)時間進行分配的中點電位平衡方法,并進行了實驗驗證。
　　 3.本文對三相不平衡電網(wǎng)中

7、VIENNA整流拓撲的控制方法進行了研究。以抑制直流電壓紋波和有功、無功功率的紋波分量為控制目標,本文提出了一種新型的直接在abc自然坐標系下實現(xiàn)的VIENNA整流拓撲的不平衡控制方案Ⅰ。與傳統(tǒng)的雙坐標變換矢量控制法相比,方案Ⅰ具有如下優(yōu)點:1)結(jié)合了直接解耦電網(wǎng)同步法(DDSM),直接從中獲取正序分量、負序分量及其幅值,構(gòu)成了系統(tǒng)的電流參考信號；2)通過直接在abc自然坐標系下給定頻率為基波頻率的電流環(huán)三相參考電流,非常有利于系統(tǒng)的跟

8、蹤實現(xiàn)。緊接著首次從理論上對VIENNA整流拓撲的靜態(tài)工作范圍進行了分析,并給出了VIENNA拓撲靜態(tài)工作范圍的判據(jù),并指出當電網(wǎng)嚴重不平衡時方案Ⅰ的電流給定方法將導致系統(tǒng)工作于靜態(tài)工作范圍之外而不再適用于VIENNA拓撲的控制。以在任何不平衡工況下都能滿足拓撲正常工作的需要為控制目標,本文提出了另一種新型的VIENNA拓撲自然坐標系不平衡控制方案Ⅱ。方案Ⅱ雖不能有效抑制直流電壓紋波和消除有功無功功率紋波,但能滿足VIENNA拓撲全范圍